Les tuyaux de surface chauffante des chaudières fonctionnent longtemps sous l'action de températures élevées, de contraintes et de milieux corrosifs. Lorsque les tubes en acier ne peuvent pas résister à la charge de leurs conditions de travail, différentes formes de dommages se produisent et provoquent des accidents. Les accidents courants sur les tuyaux de surface chauffante des chaudières dans les centrales thermiques comprennent principalement les types suivants : explosion de tuyaux par surchauffe à long terme, explosion de tuyaux par surchauffe à court terme, tuyaux avec un matériau de mauvaise qualité et corrosion, et dommages par fatigue thermique.
(1) Explosion de tuyau due à une surchauffe à long terme
La surchauffe fait référence au fonctionnement de matériaux métalliques au-dessus de la température nominale. La température nominale fait référence à la température maximale admissible de l'acier fonctionnant pendant la durée de vie nominale et peut également faire référence à la température nominale pendant le fonctionnement. Tant que l'une des températures ci-dessus est dépassée, il s'agit d'une opération de surchauffe.
L'acier des tuyaux qui a été surchauffé pendant une longue période intensifiera la diffusion atomique, provoquant des modifications dans la structure en acier, accélérant le fluage et réduisant la résistance durable. Par conséquent, le tuyau éclatera et sera endommagé avant d’atteindre sa durée de vie nominale. Les explosions de tubes se produisent principalement du côté face au feu de la section de sortie des tubes de surchauffeur à haute température et au niveau des coudes de tuyaux. Des tubes muraux refroidis à l'eau, des tubes de condensation de scories et des économiseurs apparaissent également de temps en temps.
Au cours du processus d'explosion à long terme des conduites en cas de surchauffe, les milieux corrosifs tels que la vapeur et les gaz de combustion jouent un rôle accélérateur. Lorsque la température de la paroi du tuyau dépasse sa température critique d'oxydation, la vapeur et les gaz de combustion produiront une couche plus épaisse d'oxyde de fer sur la paroi du tuyau ; lorsque le tuyau se dilate, cette couche d'oxyde de fer va se fissurer dans la direction perpendiculaire à la contrainte ; alors il sera reformé. Le métal exposé produira une corrosion sous contrainte sous l’action de contraintes de traction et de vapeur ou de fumée, accélérant l’expansion des fissures et conduisant finalement à l’éclatement. Par conséquent, la fracture présente des caractéristiques de rupture fragile et des produits de corrosion existent souvent dans la fissure.
(2) Explosion de tuyau due à une surchauffe à court terme
Les conditions de refroidissement des tubes de la surface chauffante de la chaudière se détériorent et une combustion à sec se produit pendant le fonctionnement, provoquant une augmentation soudaine de la température de la paroi du tube en peu de temps. La température dépasse le point critique (Ac1), la résistance à la traction de l'acier chute fortement et la contrainte du tube dépasse la limite d'élasticité, provoquant un cisaillement. Le tuyau éclate à cause d'une rupture. Ce type d’éclatement de tuyau est appelé éclatement de tuyau dû à une surchauffe à court terme. Les explosions de tubes à court terme dues à une surchauffe se produisent principalement à proximité de la zone de combustion des tubes à paroi froide, du côté feu, à proximité du brûleur et sur le tube de condensation des scories. Ils surviennent également occasionnellement dans les économiseurs et les surchauffeurs à écran de certaines chaudières à haute pression.
Étant donné que la température de la paroi du tuyau en cas de surchauffe à court terme est supérieure à Ac1, et parfois même supérieure à Ac3, l'injection de vapeur et d'eau lors de l'explosion du tuyau équivaut à une trempe à des degrés divers. Par conséquent, la structure au niveau de la brèche à ce moment est généralement constituée de martensite ou de bainite à faible teneur. ; Les ruptures de tubes du surchauffeur peuvent également être des structures de perlite et de ferrite. La dureté du tuyau autour de la cassure augmentera considérablement. En plus d'une conception structurelle inappropriée, les explosions de tuyaux dues à une surchauffe sont principalement causées par un fonctionnement en surcharge, un fonctionnement inapproprié ou un blocage de saleté dans le tuyau. Le fonctionnement en surcharge augmentera généralement la température de sortie du surchauffeur à convection, exacerbant le phénomène de surchauffe et accélérant le fluage du tube ; Un démarrage anormal, des changements drastiques dans la combustion, une augmentation rapide de la pression ou une extinction d'incendie et un dynamitage dans le four entraîneront une surchauffe du tube. Chaleur; la saleté ou le tartre de sel dans le tuyau entraîneront une mauvaise circulation de la vapeur et de l'eau, provoquant une surchauffe locale du tuyau et conduisant rapidement à une explosion du tuyau.
(3) Explosion de tuyaux causée par un matériau de mauvaise qualité
Un tuyau éclaté fait d'un matériau de mauvaise qualité fait référence à une utilisation incorrecte de l'acier ou à l'utilisation d'un acier défectueux qui provoque des dommages précoces au tuyau.
En raison de l’utilisation de mauvais matériaux, il s’agit d’une opération de surchauffe. Selon l'équation de Larson-Miller, un fonctionnement en surchauffe réduira considérablement la durée de vie des tubes en acier, et certains pourraient même éclater après des milliers d'heures de fonctionnement.
Si le matériau lui-même présente des défauts tels que des fissures, une décarburation importante ou des inclusions, ou si des tuyaux en acier présentant des plis, des cicatrices ou des fissures sont utilisés lors de l'installation et de la maintenance, la résistance du tuyau sera gravement affaiblie et les pièces défectueuses auront tendance à se briser. stress pendant le fonctionnement à haute température. La concentration entraînera l'expansion des fissures, des défauts et entraînera l'éclatement des tuyaux. Lorsqu'un tuyau défectueux est dynamité, le bord de fracture peut souvent être divisé en deux parties : la partie défectueuse a un bord de fracture rugueux et une fracture fragile (le défaut de fracture est ouvert) ; la pièce défectueuse présente une fracture plastique.
(4) Dommages causés par des fissures de fatigue thermique corrosives
La stratification vapeur-eau dans les tubes des surfaces chauffantes des chaudières, les bouchons de vapeur dans les tubes des économiseurs, l'eau dans les surchauffeurs, l'ouverture intermittente des vannes de désurchauffe et de réduction de pression, etc., provoqueront des fluctuations de température, provoquant une alternance de contraintes thermiques et de fissures de fatigue thermique. De plus, sous l'action de milieux corrosifs, des fissures de fatigue sur ces tuyaux sont particulièrement susceptibles de se produire dans les zones entaillées avec des taux de corrosion élevés telles que la rugosité de la surface, les rayures, les piqûres de corrosion, etc., c'est pourquoi on les appelle fissures de fatigue thermique corrosives. Les fissures corrosives de fatigue thermique sont généralement réparties en grappes sur une seule rangée et sont perpendiculaires à la direction de la contrainte. Il y a des fissures annulaires transversales sur la paroi interne du tuyau, les fissures sont courtes et la rupture est une rupture fragile avec des caractéristiques de fatigue.
Pendant le fonctionnement du tube de surface chauffante de la chaudière, la paroi du tube est en contact direct avec des gaz de combustion, de l'eau et de la vapeur à haute température, ce qui provoquera également d'autres phénomènes de corrosion, provoquant une rupture prématurée et des dommages au tube. Si un préchauffeur d'air fonctionne à l'air libre, des dommages dus à la corrosion à basse température se produiront en raison du SO2 présent dans les gaz de combustion.
Heure de publication : 19 janvier 2024